Efter påbyggnad av ett våningsplan görs en ny analys och design för att se vilka element som får en godkänd utnyttjandegrad. Byggnadselementen som fick en utnyttjandegrad över 100% och därmed behöver alternativa förstärkningsåtgärder ses i Tabell 4. Vid dimensionering är grunden att se till att lasteffekten är mindre än bärförmågan.
Byggnadselementen på den befintliga byggnaden som fick en för hög utnyttjandegrad har förstärkts med balkar, pelare och vindstage för att öka bärförmågan. Materialvalet vid förstärkning valdes till stål då det har en högre draghållfasthet än betong och trä.
Då moment verkar över tvärsnittet vilket leder till att det uppkommer dragkrafter i ena änden och tryckkraft i andra änden och att stål är en beprövad metod så var det lämpligast att välja just det. Byggnadselementen i det nya våningsplanen har armeringsinnehållet i vägg och betongbjälklag ändrats för att erhålla en ökad draghållfasthet för att minska dragpåkänningar i bärande betongelementen.
Väggpartiet W.60.1 har förstärkts med balkar, pelare och vindstage för att jämna ut lastfördelningen till undre konstruktion. Väggelementen W.71.1, W.51.1, och W.64.1 har diametern och mellanrum för armeringsstången ändrats vilket leder till att armeringsandelen i betongen förändras för att få en godtycklig utnyttjandegrad och tillräcklig kapacitet. Det är främst draghållfastheten i betongen som vill nås vid tillagd armering i betong. Betongen riskerar att spricka om tillräcklig armering inte återfinns.
Platta P.19.1 här även där armeringsinnehållet åtgärdats med hänsyn till utnyttjandegraden. Plattorna P.10.1 och P.12.1 har förstärkts med balkar och pelare då det är element som tillhör befintliga byggnaden, se tabell 5 och jämförs med tabell 4.
Tabell 5. Utnyttjandegraden för element efter förstärkning.
Vid en dimensionering av en byggnad är det ytterst viktigt att stabiliteten i konstruktionen kan garanteras. En byggnad består av ett primärt strukturell system som är utformat att stå emot olika belastningar (Devin & Fanning, 2012). Stabiliteten i byggnaden skall kunna motstå inre som yttre laster såsom snölast, nyttig last och vindlast. Den horisontella vind lasten som en byggnad utsätts för är den last som till störst del leder till stjälpande effekter och orsakar vibrationer i stomelementen i byggnaden. Stabilisering av byggnaden kan uppnås genom olika konstruktionslösningar. Byggnadens stabilitet samverkar mellan flera olika byggdelar så som väggar, bjälklag och monteringen med hjälp av olika förband. Under fliken
”calculations” kan en analys för byggnadens stabilitet kontrolleras.
Stabilitet för den befintliga byggnaden utifrån stabilitet analysen bedöms vara väldigt stabil. Befintliga byggnaden har bärande ytterväggar av betong som hanterar lasten och gör att horisontella lasterna så som vind lasten sträcker sig över hela fasadytan. En större yta där lasten fördelar sig gör att det blir mindre påtryckningar på enstaka ställen i byggnaden. Med ny addering utav ett våningsplan gör att byggnaden får en högre våningshöjd vilket kan bidra till att påtryckningar för laster vertikalt och horisontellt ökar. Påbyggnaden gör att referensbyggnaden får mer kraft från vertikala laster som skall föras ner till grunden via de bärande delarna i byggnaden. Om referensbyggnaden inte är dimensionerad rätt från början kan stabiliteten bli svagare och riskera för stjälpning. Referensbyggnadens stabilitet var mycket högre innan en påbyggnad utfördes då framförallt ytterväggarna utsätts för större tryck och dragkrafter. Efter att en våningspåbyggnad utfördes stabiliserades byggnaden med balkar, pelare och vindstage på långsidan. Vindstagets funktion vid högre byggnader är att stabilisera byggnaden och ta emot dragkrafter, vid bara ett snedstag vilket har utnyttjas i detta arbete, dimensioneras den för tryckkraft.
Stabiliteten före och efter var över faktorn ett som används som gränstillstånd
6.1 Sammanställning av resultat
Resultaten nedan som ses i tabell 6 och 7 baseras på jämförelse mellan referensbyggnaden, påbyggnaden och efter förstärkningsåtgärder. Samtliga resultat visar maximumvärde för den globala spänningen per våningsplan baserat på 180 mm betongvägg och 150 mm armerad betongbjälklag. Alla element får en utnyttjandegrad under 100% efter förstärkningar vilket visar att det är godkänt. Stabilitetsanalys visar att byggnadens stabilitet bedöms vara god. Våningspåbyggnaden medförde en ökning utav vikten i hela byggnaden och skillnaden kan ses i tabell 6. Viktökningen efter påbyggnaden ger upphov till att referensbyggnaden får en högre massa som skall bäras upp av byggnadens bärande delar. Den ökade vikten utav totala byggnaden kan ses som en större last som byggnaden skall hantera för att föra ner lasterna till fundament och grund.
Armerad betongbjälklagen P.10.1, P.12.1 och väggelementet W.60.1 förstärktes med balkar, pelare och vindstage för att öka bärförmågan samt ge stöd åt lastfördelningen som förs ner till grunden. Bjälklagen som förstärks med pelare och balkar tillhör den befintliga byggnaden vilket blir ett väldigt omfattande ingrepp om man skall ändra armeringsinnehållet då rivning behöver göras.
Väggelementen W.51.1, W.64.1 och W.71.1 och bjälklaget P.19.1 som alla är bärande väggar och bjälklag för det nya våningsplanet har armerings innehållet ändrats för att öka draghållfastheten i betongen. En ökning av last i samband med påbyggnaden leder också till en ökning av lasteffekten som gör att utnyttjandegraden ökas. För att sänka ner utnyttjandegraden till ett godtyckligt värde ändras armeringsinnehållet i betongen som leder till en förhöjning av bärförmågan för att uppnå att en godtycklig utnyttjandegrad erhålls. Dimensionsvillkoret säger att kvoten mellan lasteffekt och bärförmågan ej får överstiga 100%. Med ökad armering är syftet att betongen skall klara av dragkrafter som den utsätt för då betong främst står emot tryckkrafter.
Tabell 6. Redovisar resultat för vikt på byggnaden före och efter påbyggnad Material
Byggnadens vikt i (ton) Vikt ökning efter påbyggnad Före påbyggnad Efter påbyggnad Ökning (ton)
Betong 732,95 967,2 234,25
Stål 23,1 32,3 9,2
Trä 24,5 24,5 0
Totalvikt 780,46 1024 243,54
Här nedan visas en illustration utav andra bärande element av armerad betongbjälklag före och efter förstärkning när en våningspåbyggnad tillfördes. Elementen som fick en förhöjd utnyttjandegrad i samband med påbyggnaden men hamna under 100 % har inga förstärkningar krävts. Bjälklagen som fick en ökad utnyttjandegrad efter våningspåbyggnad kan ses i tabell 7.
Tabell 7- illustration av utnyttjandegrad för bärande element av armerad betong i bjälklaget
Före påbyggnad Efter påbyggnad Ökning %
Plan 1
6.2 Analys av resultat
Med ökad last på den befintliga byggnaden genom en påbyggnad resulterade det i att både grundreaktionen och utnyttjandegraden för de flesta elementen blev högre.
Byggnadsdelarna i den befintliga byggnaden som har en utnyttjandegrad på runt 85-90 % förväntadase att öka och med stor sannolikhet att överstiga gränsvärdet 100 % vid påbyggnad då ytterligare pålastningar kommer till den undre delen av konstruktionen.
Vid jämförelse mellan nedböjningen i byggnaden kunde det konstateras att nedböjningen ökade väldigt lite och det kan bero på att det bara var ett våningsplan som lades till. Betongens böjstyvhet i jämförelse med andra byggmaterial är väldigt hög, laster från nya våningspåbyggnaden överförs till de bärande vägarna som sedan för lasterna ner till fundamentet och vidare ner till grunden. Tanken är att taket endast ska lyftas upp och demonteras ovanför det nya våningsplanet i plan 4 vid en påbyggnad. När ett byggnadselement får belastning i någon del av materialet så uppstår det spänningar i den delen. Spänningarna sker inte bara enbart i den riktningen kraften verkar utan den kan också gå i andra riktningar. Resultatet för spänningarna blev att spänningarna ökade för vissa våningar vilket beror på ökat tryck och belastning från påbyggnaden som tillkommit. Grundreaktionen som kommer nere i marken ökar också vid pålastningar och där syns en tydlig skillnad mellan befintliga byggnaden och byggnaden efter påbyggnaden. Maximala reaktionen för befintliga byggnaden som var på 231,6 kN kan jämföras med 335,5 kN som det blev efter påbyggnaden. Byggnadens bärande delar är av betong vilket är ett stabilare och styvare material jämfört med exempelvis trä. Nedböjningen beaktas under hela livslängden och hög nedböjning kan skapa otrygghetskänsla hos individer samt även negativt påverka icke bärande väggar.
Detta har kunnat undvikas eftersom nedböjningen efter påbyggnaden var låg och uppfyllde kravet enligt boverket.
Utnyttjandegraden är förhållandet mellan yttre laster och bärförmågan vilket tas i hänsyn vid dimensionering. Bärförmågan skall vara större än de yttre lasterna för att konstruktionen skall anses vara säker och inte gå till brott. Bärförmågan knippas vanligtvis med stomkonstruktionens förmåga att motstå vertikala laster. När en analys gjordes efter påbyggnaden blev resultatet så att 7 element fick en utnyttjandegrad över 100% varav 2 bjälklag i den befintliga byggnaden. På det nya våningsplanet som tillkom ändrades armeringsinnehållet i väggar och bjälklag för att hamna under 100%.
Armeringsinnehållet kan ändras antingen genom att öka diametern för armeringsstången eller att öka avståndet mellan stängerna, förbättringarna kan jämföras och ses i tabell 4 och 5. I den befintliga byggnaden förstärktes det istället med balkar, pelare och vindstage för att efterlikna ett riktigt projekt vid förstärkning där man i första hand inte vill göra väldigt stora ingrepp i den befintliga byggnaden.
Rivning eller annan typ av större ingrepp kan förhindras när man sätter in balkar och pelare som förstärkningsalternativ. Att sätta in nya byggnadselement som förstärkning hjälper till att föra ner laster till grunden och ökar bärförmågan i byggnadens stomkonstruktion.
Stål valdes som förstärkningsmaterial då den redan är en beprövad metod och en pågjutning inte behöver genomföras vilket kan störa de som verkar i byggnaden.
Vikten av referensbyggnaden och efter påbyggnaden har jämförts och det visade sig att referensbyggnadens var 780,4 ton enligt tabell 6. Efter påbyggnaden ökade vikten till 1026,3ton , vilket är rimligt då påbyggnadens vikt ska vara högre än referensbyggnaden då extra laster tillkommit. Med tidigare kunskap och fakta från litteraturstudier och föreläsningar fanns det flera alternativ att gå till väga vid förstärkning av byggnaden så att den klarar av ett till våningsplan. Med tanke på att vi inte ville göra allt för stora ingrepp i den befintliga byggnadens stomsystem valde vi att förstärka dem med balkar och pelare för att det inte skulle behöva rivas ner och istället bara komma till för att komplettera den redan befintliga stommen. Vid påbyggnaden hade vi friare händer med tanke på att det var nya väggar och bjälklag som kom till. Där valde vi istället att ändra armeringsinnehållet i betongskikten för att öka bärförmågan och draghållfastheten så att byggnadens utnyttjandegrad hamnar dimensioneringsvillkoret som är under 100%. Jämförelse gjordes också med stabilitetkontroll för att sedan jämföras med den befintliga byggnaden.
Stabilitetsanalysen påvisade en god stabilitet både före och efter påbyggnad.